Mapy akustyczne - hałas szynowy

KATEDRA SYSTEMÓW MULTIMEDIALNYCH PG

Laboratorium Akustyki Środowiska

Ćwiczenie nr 5: Mapy akustyczne – hałas szynowy

Opracowanie:

wersja 1.4: 2016.10.04 dr inż. Józef Kotus

Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie komputerowej symulacji hałasu szynowego w pobliżu torowiska.

Kontekst ćwiczenia

Hałas szynowy stanowi jedno z głównych źródeł hałasu komunikacyjnego obecnego w miastach, uwzględniany w opracowaniach strategicznych map hałasu. Aplikacje umożliwiające modelowanie źródeł hałasu szynowego udostępniają wiele typów modeli, opracowanych przez różne ośrodki naukowe. W programie CadnaA dostępne są następujące typy modeli:

- RMR, SRM II (Netherlands, EC-Interim)

- Schall03, Schall Transrapid, VBUSch (Germany) - Schall03 new, draft (Germany)

- DIN 18005 (Germany) - ONR 305011 (Austria) - Semibel (Switzerland) - NMPB-Fer (France) - CRN (United Kingdom) - TemaNord 1996:524 (Scandinavia) - FTA/FRA (USA)

Ze względu na fakt iż Polska nie posiada własnego modelu źródła hałasu szynowego udostępnianego w programie CadnaA, do modelowania źródeł hałasu szynowego wybrano model holenderski: SRM II.

Charakterystyka hałasu szynowego była jednym z tematów omawianych na wykładzie z Akustyki Środowiska. Poniżej podano główne elementy mające wpływ na hałas szynowy:

 parametry związane ze składem i jego ruchem (hałas trakcyjny, ang. traction noise) o typ ruchu, w jakim znajduje się pociąg

o charakterystyka pociągu: długość pociągu, pojedynczych wagonów, typ hamulców, liczba osi oraz średnica kół

 parametry związane z torowiskiem (hałas toczny, ang. rolling noise) o rodzaj zastosowanego podkładu

o obecność tuneli, zwrotnic

o ilość styków oraz technika ich wykonania o stan faktyczny torowiska

 hałas aerodynamiczny (istotny dla pociągów dużych prędkości, ang. aerodynamic noise)

Na rysunku nr 1 przedstawiono w formie graficznej udział poszczególnych czynników mających wpływ na ogólny poziom hałasu szynowego.

Rys. 1. Udział poszczególnych składowych hałasu szynowego w zależności od prędkości KATEGORIE POJAZDÓW SZYNOWYCH

Przed przystąpieniem do obliczenia równoważnego poziomu dźwięku należy wszystkie pojazdy poruszające się po określonej linii kolejowej oraz zgodne z odpowiednimi wytycznymi dotyczącymi działania przypisać do następujących kategorii pojazdów kolejowych. Kategorie te zostały wstępnie wyszczególnione na podstawie rodzaju napędu oraz układu hamulcowego.

Kategoria 1 (C01): Pociągi pasażerskie z hamulcami typu klockowego - wyłącznie elektryczne pociągi pasażerskie z hamulcami typu klockowego łącznie z odpowiadającymi im lokomotywami typu Oeutsche Bahn - DB,

Kategoria 2 (C02): Pociągi pasażerskie elektryczne pociągi pasażerskie dodatkowo z hamulcami typu lokomotywami, z hamulcami typu tarczowego i klockowego - głównie z hamulcami typu tarczowego oraz klockowego łącznie z odpowiadającymi lokomotywami, Kategoria 3 (C03): Pociągi pasażerskie z hamulcami typu tarczowego - wyłącznie pociągi pasażerskie z hamulcami typu tarczowego, napędzane hałasującymi jednostkami napędowymi,

Kategoria 4 (C04): Pociągi towarowe z hamulcami typu klockowego – wszystkie typy pociągów towarowych z hamulcami typu klockowego,

Kategoria 5 (C05): Pociągi napędzane silnikiem spalinowym (silnikiem diesela) z hamulcami typu klockowego - wyłącznie pociągi pasażerskie napędzane silnikiem spalinowo-elektrycznym z hamulcami typu klockowego, łącznie z odpowiadającymi im lokomotywami, Kategoria 6 (C06): Pociągi napędzane silnikiem spalinowym (silnikiem diesela) z hamulcami typu tarczowego - wyłącznie pociągi pasażerskie napędzane silnikiem spalinowo-hydraulicznym z hamulcami typu tarczowego, łącznie z odpowiadającymi im lokomotywami, Kategoria 7 (C07): Szybka kolej miejska (metro) i tramwaje dwusystemowe z hamulcami typu tarczowego - szybka kolej miejska oraz pojazdy szynowe komunikacji lokalnej (łączące w sobie właściwości pojazdu kolejowego i tramwaju) z hamulcami typu tarczowego,

Kategoria 8 (C08): Pociągi pasażerskie InterCity z hamulcami typu tarczowego oraz pociągi typu wolnobieżnego - wyłącznie elektryczne pociągi pasażerskie z hamulcami typu tarczowego łącznie z odpowiadającymi im lokomotywami (np. InterCities ICM -I V, lRM i SM90) oraz elektryczne pociągi głównie z hamulcami typu tarczowego oraz dodatkowo z hamulcami typu klockowego łącznie z odpowiadającymi im lokomotywami typu InterCities ICM-III i DDM-2/3,

Kategoria 9 (C09): Szybkobieżne pojazdy szynowe z hamulcami typu tarczowego i klockowego -elektryczne pociągi szybkobieżne z hamulcami typu tarczowego oraz dodatkowo z hamulcami typu klockowego na wagonach silnikowych np. TGV-PBA lub Thalys (HST),

* Kategoria 10: Kategoria tymczasowo zarezerwowana dla pociągów szybkobieżnych typu ICE-3 (M) (HST East).

Na rysunku nr 2 przedstawiono kategorie wybranych pojazdów szynowych.

Rys. 2. Kategorie pociągów wyodrębnione dla potrzeb wytycznych dotyczących obliczania i mierzenia hałasu kolejowego: typy (liczba jednostek).

PARAMETRY ZWIĄZANE Z KONSTRUKCJĄ TOROWISKA

W zależności od rozwiązań nawierzchni torowych w metodzie SRM II wyróżniono następujące typy torów kolejowych:

 b= 1 - tory kolejowe z zastosowaniem pojedynczych lub podwójnych podkładów blokowych (betonowych) z podsypką na podłożu,

 b=2 - tory kolejowe z zastosowaniem drewnianych lub naprzemian betonowych podkładów z podsypką na podłożu,

 b=3 - tory kolejowe z niespawanymi szynami z podsypką na podłożu oraz tory z zastosowaniem łączeń lub zwrotnic,

 b=4 - tory kolejowe z zastosowaniem podkładów blokowych,

 b=5 - tory kolejowe z zastosowaniem podkładów blokowych i podsypką na podłożu,  b=6 - tory kolejowe z regulowanym przytwierdzeniem szyn,

 b=7 - tory kolejowe z regulowanym przytwierdzeniem szyn i podsypką na podłożu,  b=8 - tory kolejowe z zastosowaną wylewką wzdłuż torów, tory kolejowe z

przejazdami kolejowymi.

Z kolei przy wyznaczaniu wartości emisji metoda SRM II uwzględnia właściwości wynikające ze sposobów łączenia szyn, a mianowicie według ilości złączeń szyn, jakie występują na drodze emisji:

 całkowicie spawane szyny z lub bez łączonych zwrotnic lub rozjazdów (m= 1),  szyny z łączeniami lub izolowane złącza szynowe (m=2),

 zwrotnice i rozjazdy z łączeniami, 2 na 100 m (m=3),  więcej niż 2 zwrotnice na 100 m.

Więcej informacji na temat charakterystyki hałasu szynowego jest dostępnych w materiałach do wykładu z Akustyki Środowiska.

W toku proponowanego ćwiczenia studenci mają możliwość zaobserwowania, jak zmienia się poziom hałasu szynowego w zależności od natężenia ruchu pojazdów szynowych, parametrów torowiska, prędkości poruszania się pojazdów szynowych oraz typów pojazdów szynowych. Parametrem hałasu, który będzie charakteryzował źródło hałasu będzie LD. Poziom hałasu dla pory dziennej.

Wyposażenie stanowiska

Komputer PC z zainstalowanym oprogramowaniem CadnaA Wstępne przygotowanie programu CadnaA do obliczeń

1. Uruchomić oprogramowanie CadnaA (ikona dostępna na pulpicie).

2. Utworzyć nowy projekt i zapisach go pod nazwą HałasSzynowy-nr_grupy.cna 3. Skonfigurować środowisko w następujący sposób: z górnego menu wybrać opcję: górne menu > Obliczenia > Konfiguracja.

Pojawi się okno dialogowe: Konfiguracja obliczeń. Wybrać zakładkę: Kraj. 4. Z listy rozwijanej wybrać pozycję: zdefiniowany przez użytkownika. 5. Z listy dostępnych modeli hałasu szynowego (Szyny) wybrać: SRM II. 6. Wybrać zakładkę: Wielkości oblicz.

7. Upewnić się, że w polu Wielkości obliczane, przy pozycji typu wskaźnika Ld jest zaznaczenie. Proszę zwrócić uwagę na numer po lewej stronie listy rozwijanej, w której wybrany jest wskaźnik Ld, powinien to być nr 1:.

8. Potwierdzić zmianę ustawień klawiszem OK.

Zadania do wykonania

1. Zapoznać się z dokumentacją oprogramowania CadnaA. Zapoznanie się z oprogramowaniem CadnaA powinno polegać na przejrzeniu wybranych filmów instruktażowych oraz wykonaniu podobnych akcji zilustrowanych w animacjach w programie CadnaA. Adres internetowy do filmów instruktażowych oraz lista proponowanych do obejrzenia lekcji jest podana w punkcie Literatura.

2. Zaprojektować torowisko, składające się z dwóch równoległych do siebie torów, po których będą poruszały się pojazdy szynowe. Odległość pomiędzy torami przyjąć 4m, długość całego torowiska powinna wynosić 1 km. Projektowane tory powinny tworzyć dwie równoległe do siebie linie proste (bez zakrzywień).

3. Dla poszczególnych torów ruchu zdefiniować parametry źródła hałasu szynowego w oparciu o model SRM II.

4. Zbadać działanie modelu źródła hałasu szynowego, przez punktowy pomiar hałasu w odległościach: 10m, 30m, 100m, 300m, rozłożonych prostopadle do osi torowiska, w środkowej części torowiska. Badania będą polegały na modyfikowaniu jednego z parametrów modelu, przy założeniu, że wartości pozostałych parametrów pozostają stałe. Szczegółowe informacje na temat konfiguracji poszczególnych torowisk podano na stronie 6 i 7 niniejszego opracowania.

a. Badanie rozkładu hałasu (L) w funkcji natężenia ruchu (lp) (L = f(lp)) pojazdów szynowych. Przyjąć konstrukcję toru: podkłady betonowe na podsypce, szyny łączone.

b. Badanie rozkładu hałasu (L) w funkcji parametrów torowiska (zmiana konstrukcji torowiska i sposobu łączenia szyn).

c. Badanie rozkładu hałasu (L) w funkcji prędkości (v) poruszania się pojazdów. (L = f(v)) szynowych.

d. Badanie rozkładu hałasu (L) w funkcji rozkładu ruchu różnych typów pojazdów szynowych.

5. Opracowanie wyników przedstawić w formie tabelarycznej i graficznej. Skomentować uzyskane wyniki oraz sformułować wnioski.

Konfiguracja torowisk dla zadania 4 a. Na rysunkach nr 3 i 4 przedstawiono wygląd okna dialogowego do konfiguracji źródła hałasu szynowego zgodnie z modelem SRM II dla dwóch różnych torowisk. W poszczególnych polach podano wartości docelowe. Proszę zwrócić uwagę na listy pociągów oraz ich parametry dla poszczególnych torowisk. Proszę modyfikować liczbę pojazdów szynowych dla pory dziennej od minimalnej (od 1 pociąg na dobę do podanej w tabelach liczby, np. dla torowiska 1 wartość maksymalna wynosi 100, a zatem badanie natężenia ruchu może być wykonane dla liczb pojazdów: 1, 2, 4, 10, 20, 40, 100). W podobny sposób proszę podzielić natężenie ruchu pojazdów dla torowiska 2, zachowując przy tym proporcjonalny udział pociągów w poszczególnych klasach. Wszystkie wykonane symulacje proszę zadokumentować w formie tabelarycznej i graficznej. Proszę uzasadnić dobrany interwał podziału.

Rys. 3. Okno dialogowe do konfiguracji parametrów źródła dla torowiska 1.

Konfiguracja torowisk dla zadania 4 b.

Dla konfiguracji docelowej podanej w zadaniu 4 a wykonać modelowanie dla wszystkich typów dostępnych konstrukcji torów. Dla torowisk typu b1, b3, b7 przebadać dodatkowo typy połączeń szyn.

Konfiguracja torowisk dla zadania 4 c.

Dla konfiguracji docelowej podanej w zadaniu 4 a wykonać modelowanie dla różnych prędkości poruszania się pojazdów szynowych. Zmiana prędkości od 10 km/h z krokiem co 10 km/h do osiągnięcia wartości maksymalnych dla danych klas pojazdów. Przykładowe konfiguracje dla torowiska 2: (proponowana prędkość minimalna: 10 km/h, wszystkie klasy pociągów C04, C01 i C02 mają prędkość 10 km/h, następnie zwiększamy prędkość dla każdej klasy o 10 km/h i otrzymujemy 20 km/h dla wszystkich klas, jeśli prędkość będzie wynosiła, np.: 60 km/h to dla klasy C04 przyjmujemy prędkość 50 km/h a dla klas C01 i C02 wpisujemy 60 km/h, dla prędkości 80 km/h i większych dla klas C04 wpisujemy wciąż 50 km/h a dla klasy C01 odpowiednio 70 km/h, prędkość wzrasta jedynie dla klasy C02.

Konfiguracja torowisk dla zadania 4 d.

Badanie przeprowadzić dla pojedynczego torowiska (torowisko 2 wyłączyć z ruchu – wykasować pojazdy z tabeli). Przebadać wszystkie dostępne w programie kategorie pojazdów, od C01 do C09. Przyjąć liczbę pojazdów: 100, prędkość maksymalna 100.

Punktacja

Zadanie 4.a 4.b 4.c 4.d 5 Suma

Liczba punktów 2 1 1 1 2 7

Literatura

A.van Beek, M. Beuving, M. Dittrich, Work Package 1.2 Rail Sources – State of the Art., HARMONOISE technical report no. HAR12TR-020118-SNCF10, 5 August 2002.

Dokumentacja programu CadnaA.

www.datakustik.com

W celu zapoznania się z działaniem oprogramowania CadnaA proszę przejrzeć wybrane animacje dostępne w elektronicznej wersji dokumentacji, dostępnej na stronie:

http://www.datakustik.com/en/cadnaa-webtutorial/cadnaa-tutorial0/

W szczególności proszę zwrócić szczególną uwagę na lekcje:

1. Basics > Types of Sound Sources > Railways )

2. Basics > Evaluation of Single Receivers > Calculating Immission and Displaying it with a Label 3. Railways > Railway Geometry

4. Railways > Railway Emission > Entering Train Data and Calculating Sound Propagation

Wykład z Akustyki Środowiska na temat modelowania wybranych źródeł hałasu, w tym również hałasu szynowego (kolejowego) jest dostępny pod adresem: